APPELLO SCRITTO DI PROGRAMMAZIONE 1 CORSO DI LAUREA IN MATEMATICA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO XI.2018

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1 APPELLO SCRITTO DI PROGRAMMAZIONE 1 CORSO DI LAUREA IN MATEMATICA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO XI.2018 DIEGO VALOTA Indice Premessa: descrizione di Game of Life. 2 Esercizio 1 3 Griglia di gioco e visualizzazione. 3 Punti: 7. 3 Esercizio 2 3 Esecuzione del gioco: prima versione della procedura main 3 Punti: Esercizio 3 4 Lettura/Scrittura da File. 4 Punti: 9. 4 Esercizio 4 6 Sequenza di stati. 6 Punti: 4. 6 Istruzioni per la consegna 6 Avvertenza. Il tema d esame richiede lo sviluppo di un singolo programma che implementi una versione semplificata di un automa cellulare ispirato al Game of Life del matematico britannico J.H. Conway. Le definizioni precise e i dettagli necessari sono dati nel testo. Svilupperete delle funzioni ausiliarie nel risolvere gli esercizi. Integrerete poi tutte le funzioni ausiliarie in un unico programma finale, che sarà costituito da un solo file sorgente. (Il tema d esame richiede esplicitamente l implementazione di alcune funzioni ausiliarie. È comunque sempre ammissibile aggiungere altre funzioni ausiliarie qualora lo riteniate opportuno per una migliore implementazione della vostra soluzione.) Si raccomanda di leggere interamente il tema d esame con attenzione prima di cominciare a scrivere le soluzioni dei singoli esercizi, in modo da avere chiaro l obiettivo finale. I file di dati dati1.txt e dati2.txt allegati al testo d esame vi serviranno per testare il vostro programma. Ultima revisione: 26 novembre

2 2 D. VALOTA Premessa: descrizione di Game of Life. Figura 1. Una configurazione di un automa cellulare 7 7. Fonte: pagina Wikipedia del Game of Life. La versione semplificata del Game of Life che implementerete, si gioca su una matrice di 12 righe per 12 colonne. La matrice rappresenta un automa cellulare, dove ogni cella (i, j) della matrice può essere viva o morta. Per ogni cella, le sue vicine sono le celle adiacenti in tutte le direzioni: orizzontale, verticale e diagonale. Ad esempio, per 0 < i, j < 11, le 8 vicine della cella (i, j) sono le celle (i 1, j 1),(i 1, j),(i 1, j + 1),(i, j 1),(i, j + 1),(i + 1, j 1),(i + 1, j) e (i + 1, j + 1). Ogni cella interagisce con le sue vicine in accordo con le seguenti regole: (1) se una cella viva ha meno di 2 vicine vive, allora muore (scarsità); (2) se una cella viva ha 2 o 3 vicine vive, allora resta viva (stabilità); (3) se una cella viva ha più di 3 vicine vive, allora muore (sovrappopolazione); (4) se una cella morta ha esattamente 3 vicine vive, allora diventa viva (riproduzione). Attenzione: quando una cella (i, j) si trova lungo i bordi dell automa, ovvero quando i {0, 11} o j {0, 11}, in alcune direzioni non avrà delle vicine. In questi casi, per una corretta applicazione delle regole (1) (4), assumiamo che le celle esterne all automa siano morte. Ovvero che le vicine (i, j ) di (i, j) tali che i < 0 o i > 11 o j < 0 o j > 11 siano morte. Un automa passa da uno stato al successivo applicando le regole di cui sopra ad ogni cella simultaneamente. Il passaggio da uno stato al successivo è chiamato transizione. Si veda Fig. 2 per un esempio di transizione. Figura 2. L automa di Fig. 1 ed il suo stato successivo. I numeri che compaiono in alcune celle della prima figura, indicano la regola applicata per ottenere lo stato successivo della cella stessa. Attenzione: le regole sono state indicate solo per alcune celle dell automa, per ottenere lo stato della figura a destra vanno applicate a tutte le celle dello stato a sinistra.

3 PROGRAMMAZIONE 1 APPELLO SCRITTO DEL 26.XI Griglia di gioco e visualizzazione. Punti: 7. Esercizio 1 La griglia di gioco sarà rappresentata in memoria da una matrice aut di interi di dimensione La matrice aut non può essere dichiarata globalmente. Conveniamo che aut[i][j] varrà 0 quando la casella (i, j) contiene una cella morta, varrà 1 quando la casella (i, j) contiene una cella viva. Conveniamo che le celle della griglia aut siano rappresentate a video da un rettagnolo grigio chiaro quando morte e da un rettangolo grigio scuro quando vive. Scrivete la funzione di visualizzazione show(), di prototipo opportuno, che visualizzi la griglia aut. Usate i codici Unicode \u2591 e \u2593 per stampare a schermo un rettangolo grigio chiaro ed uno grigio scuro rispettivamente (ad esempio: printf("\u2591") stamperà a schermo un rettangolo grigio chiaro). Il campo di gioco sarà quindi visualizzato sul terminale in modo simile a quanto mostrato in Fig. 3. Figura 3. Visualizzazione sul terminale dell automa cellulare. Esercizio 2 Esecuzione del gioco: prima versione della procedura main. Punti: 10. Scrivete un programma che, all avvio, permetta all utente di giocare al Game of Life. Il programma presenterà all utente quattro opzioni: 1 visualizzare la griglia di gioco; 2 inserire una cella viva; 3 passare al prossimo stato dell automa; 4 uscire dal programma. Se l utente seleziona l opzione 1, allora il programma stampa a schermo il contenuto della griglia utilizzando la funzione show() sviluppata nell esercizio precedente. Se l utente seleziona l opzione 2, allora il programma chiede all utente due interi i e j e fissa il valore di aut[i][j] a 1. Effettuate gli opportuni controlli sui valori inseriti.

4 4 D. VALOTA! Se l utente seleziona l opzione 3, allora il programma scansiona la matrice aut ed applica le regole del Game of Life spiegate nella premessa. Per implementare tale opzione scrivete le seguenti funzioni: int next_cell_state() questa funzione, di prototipo opportuno, avrà come parametri la matrice aut e due numeri interi i e j, controllerà tutte le celle vicine alla cella (i, j) e restituirà il nuovo valore della cella (i, j) determinato dalle regole di cui sopra; next_automata_state() questa funzione, di prototipo opportuno, riceverà in ingresso l automa aut chiamerà la funzione next_cell_state() per ogni cella della matrice aut. I risultati di queste chiamate andranno scritti in una griglia di appoggio new_aut che, infine, andrà a sovrascrivere la matrice aut. Per un esempio di esecuzione del programma si veda la Fig. 4. Lettura/Scrittura da File. Punti: 9. Esercizio 3 Si aggiungano al main due opzioni che permettano all utente di leggere o scrivere un automa da/su file. In accordo con le specifiche dell esercizio 1, assumete che il formato del file sia, ad esempio, il seguente: Potete usare come esempi i file dati1.txt e dati2.txt, allegati al tema d esame. Implementate le seguenti funzioni: int importa() questa funzione, di prototipo opportuno, riceverà in ingresso un puntatore a file e l automa aut, leggerà il file puntato e salverà il contenuto nella matrice aut, restituendo infine il numero di celle lette; int esporta() questa funzione, di prototipo opportuno, riceverà in ingresso un puntatore a file e l automa aut, scriverà nel file puntato il contenuto della matrice aut, restituendo infine il numero di caratteri scritti. Scrivete gli opportuni controlli ai valori restituiti dalle due funzioni, stampando a schermo messaggi d errore o di successo appropriati.

5 PROGRAMMAZIONE 1 APPELLO SCRITTO DEL 26.XI Figura 4. Esempio di esecuzione del programma dell Esercizio 2.

6 6 D. VALOTA Sequenza di stati. Punti: 4. Esercizio 4 Implementate una funzione run(), di prototipo opportuno, che riceverà in ingresso l automa aut, chiederà all utente un numero intero n e produrrà una sequenza di n stati visualizzando ogni transizione. Aggiungere l opzione n stati nel menù che permetta all utente di richiamare tale funzione. Istruzioni per la consegna Funzioni da consegnare (in un unico file sorgente). main show next_cell_state next_automata_state esporta importa run Sito per la consegna: Funzioni di input/output su file Tutte le eventuali altre funzioni ausiliarie che abbiate scritto. Autenticarsi con le proprie credenziali di posta elettronica d ateneo. Consegnare solo il codice sorgente (file *.c), non l eseguibile. (D. Valota) Dipartimento di Informatica Giovanni Degli Antoni, Università degli Studi di Milano, via Giovanni Celoria 18, I Milano address: valota@di.unimi.it